平流层浮空器具有滞空时间长、驻空高度高、搭载能力强、使用效费比高等优点,在天文研究、对地观测、侦察监视、导航制导、通信中继、应急救灾等方面拥有广泛的应用前景,是当前航天航空领域的研究热点。平流层浮空器在给定区域内驻留的能力是其功能价值得以完全发挥的重要先决条件,本论文围绕基于风场环境利用的新型平流层浮空器区域驻留策略这一关键问题,深入地开展了研究,主要研究工作包括:一、采用了改进的神经网络对平流层风场进行建模与预测。首先,采用主成分分析法对历史风场数据进行降阶处理,然后使用处理过的数据训练BP神经网络,并利用粒子群算法对传统的BP神经网络进行改进,以改进后的神经网络对风场进行预测,最后采用Biharmonic样条曲面插值方法对多点风场预测结果进行空间插值,构建区域预测风场。二、建立了平流层浮空器数学模型,采用滚动时域树搜索算法求解了浮空器的驻留策略。根据风向随高度变化的剧烈程度将风场划分为若干个风层,每个风层代表一个可供选择的驻留高度,接着采用滚动时域树搜索策略对候选风层进行选择,求解得出能够使得浮空器保持区域驻留的一组风层序列。三、研究了考虑风场不确定性的平流层浮空器区域驻留策略。采用高斯过程回归对风场预测数据进行拟合,得到了风速风向在各个高度处的概率分布,以此概率分布为依据对风场进行划分,并采用滚动时域树搜索算法寻找使得浮空器驻留的策略。四、研究了基于马尔可夫决策过程的平流层浮空器区域驻留策略。构建了平流层浮空器区域驻留问题MDP模型,明确了MDP四个关键要素在浮空器驻留问题中的具体含义,通过仿真求解得出实现平流层浮空器区域驻留的策略。论文研究具有重要理论意义和工程应用价值。开展了平流层风场建模与预测的研究,可为平流层浮空器的轨迹规划与区域驻留等任务提供高精度区域预报风场;开展了平流层浮空器区域驻留方法研究,找到了能够实现浮空器在区域内驻留的基本策略,为解决平流层浮空器区域驻留重难点问题提供理论依据。